boson de Higgs, la particule de Dieu

Higgs et anti-Higgs

On n’a pas encore fini d’entendre parler du boson de Higgs, la particule de Dieu…

Définition: Cette particule élémentaire constitue l'une des clefs de voûte d e la physique des particules. La connaissance de ses propriétés peut par ailleurs orienter la recherche au-delà du modèle standard et ouvrir la voie à la découverte d'une nouvelle physique, telle que la matière noire.

En plus d’être au coeur des interactions entre toutes choses cosmiques, son frère jumeau et lui auraient joué un rôle déterminant dans les premières fractions de seconde de l’Univers, ce qui expliquerait que celui-ci soit composé en aussi grande quantité d’une mystérieuse matière sombre

C’est l’hypothèse proposée par deux physiciens quelques jours avant que le Nobel de physique ne récompense la découverte du Higgs.

Dans leur article, Sean Tulin et Géraldine Servant font du boson de Higgs un joueur-clef. Pour cela, ils lui collent un jumeau, l’anti-Higgs, et du déséquilibre entre les deux aurait résulté non seulement le fait que nous soyons constitués de matière plutôt que d’antimatière, mais aussi cette mystérieuse matière sombre qui semble constituer les quatre cinquièmes de la masse de l’Univers : la désintégration des bosons, aujourd’hui encore, serait à l’origine des particules de matière sombre.

L’avantage de cette théorie un brin obscure, c’est qu’elle pourrait être vérifiée assez rapidement, si on arrive à détecter de telles particules de matière sombre, en ce lieu où on a d’ores et déjà détecté des bosons de Higgs —soit l’accélérateur de particules appelé LHC, en Suisse.

Du boson de Higgs à l’apocalypse

Bad news. La particule de Dieu révélerait une profonde instabilité de l’Univers. Loin de l’éternité, son destin serait d’être, un jour, anéanti par une «bulle» contenant un univers alternatif…

Par Michel Alberganti

Cela ressemble à un scénario de film de science-fiction de série B. Pire que la téléportation dans Star Trek. Pourtant, la nouvelle provient du respectable meeting annuel de l’American Association for the Advancement of Science qui s’est tenu à Boston du 14 au 18 février 2013. Et elle sort de la bouche du non moins respectable physicien théoricien Joseph Lykken qui travaille au laboratoire Fermi National Accelerator de Batavia (Illinois).

Lors de son discours, il a lancé à l’assistance sans doute médusée, ou pétrifiée: «Il se pourrait que l’Univers dans lequel nous vivons soit intrinsèquement instable et qu’à un certain stade, dans quelques milliards d’années, il soit effacé.»

Joseph Lykken fait, par ailleurs, partie de l’une des équipes qui travaillent au LHC du Cern de Genève sur la traque du fameux boson de Higgs. Les derniers résultats, qui doivent confirmer l’annonce fracassante faite en juillet 2012, sont attendus pour le mois de mars 2013. Mais, déjà, les théoriciens font leurs calculs à partir de la découverte, fort probable, de cette particule aussi mystérieuse qu’essentielle.

Pas de Higgs, pas de matière

Le boson de Higgs serait, en effet, le responsable de la masse.

Sans lui, certaines particules ne devraient pas en avoir sur le plan théorique, alors qu’elles en ont une dans la pratique.

Prises dans le «champ de Higgs», les particules sont engluées dans une sorte de mélasse qui les empêche de se déplacer à la vitesse de la lumière, comme le photon dont la masse est nulle.

«Sans l’effet ralentisseur du champ de Higgs, les particules se déplaceraient trop vite pour ne pourraient se lier entre elles pour former les atomes qui constitue les objets matériels de l’Univers», précise le physicien.

Pas de boson de Higgs, pas de matière.

En s’appuyant sur cette découverte fondamentale du Cern, Joseph Lykken a simplement poussé plus loin. «Les calculs montrent que, dans plusieurs dizaines de milliards d’années, il se produira une catastrophe», indique Joseph Lykken.

«Une petite bulle de ce que vous pouvez imaginer comme un univers “alternatif” apparaîtra quelque part et, ensuite, son expansion nous détruira», ajoute-t-il en précisant que cet événement se produira à la vitesse de la lumière.

Deux Univers

Seuls les amateurs de la série télévisée Fringe trouveront ce discours tout à fait familier. Joseph Lykken en fait peut-être partie lui-même tant ses mots font écho à cette histoire de science-fiction.

Les auteurs de la série dont la dernière saison, la cinquième, s’est achevée le 18 janvier 2013 aux Etats-Unis, ont imaginé une situation dans laquelle deux Univers coexistent, comme deux alternatives du même univers dans lesquels les mêmes personnages existent, à quelques différences près. Le risque étant que l’un des deux univers ne parvienne à détruire l’autre.

Dans le scénario de Joseph Likken, cette rencontre de deux univers est décalée dans le temps et, surtout, aucune coexistence ne semble possible.

Pas de risque, donc, de nous retrouver, un jour, en face de jumeau alternatif. Du moins avec ces derniers calculs.

En effet, Joseph Likken a utilisé le résultat actuel sorti du LHC. C’est-à-dire un boson de Higgs dont la masse, que les physiciens expriment avec une unité d’énergie, ce qu’E=MC2 permet, de 126 GeV (gigaelectronvolt). Cette valeur n’est pourtant pas établie avec une précision définitive. Certaines rumeurs font même état de résultats, sur l’une des deux expériences menées au CERN, révélant… deux bosons au lieu d’un.

Une fin incertaine

Or, la précision la plus extrême est de rigueur en matière de prévision de l’Apocalypse. Joseph Likken, lui-même, déclare que l’incertitude sur la masse du boson ne doit pas dépasser 1%, tout comme sur les mesures de la masse des autres particules élémentaires.

Sinon? « Si vous modifiez un tout petit peu l’un quelconque des paramètres dumodèle standard de la physique des particules, vous obtenez une fin de l’univers différente.»

Rassurant ou inquiétant? Plutôt inquiétant. En effet, la perspective d’un cataclysme universel dans une ou plusieurs dizaines de milliards d’années n’est finalement pas si grave pour nous, ni même pour tous nos descendants. En effet, l’âge actuel de l’Univers est estimé à 13,7 milliards d’années. Sa fin se surviendrait qu’après plusieurs multiplications de ce chiffre. Surtout, nous ne serions très, très, très probablement plus là depuis longtemps. En effet, la Terre, elle, ne date que de 4,54 milliards d’années. Et son destin, si l’homme ne prend pas trop les choses en main, est lié à celui du Soleil.

La Terre disparaîtra bien avant

Apparu il y a 4,57 milliards d’années, notre étoile est aujourd’hui une naine jaune. Lorsqu’elle aura doublé son âge, vers 10 milliards d’années, elle se transformera en géante rouge, comme Aldébaran. En changeant de taille et de couleur, le Soleil deviendra 200 fois plus gros qu’aujourd’hui. Son diamètre passera donc de 1,4 million de km à quelque 280 millions de km. Or, la Terre se situe à 150 millions de km du Soleil. Bad luck. Après Mercure et Venus, la Terre sera donc engloutie par le Soleil. Idem pour Mars. Seules Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Pas de chance, encore, il s’agit de planètes qui, outre leur grand éloignement, sont… gazeuses, dont inhabitables.

Vu ainsi, le scénario de Joseph Likken, même s’il nous prive de la satisfaction intellectuelle de vivre dans un Univers éternel, apparaît tout à fait supportable. A moins que… La révélation de la forte instabilité du système cosmologique dans lequel nous vivons laisse la porte ouverte aux conséquences d’une erreur expérimentale. Que se passerait-il s’il existait deux bosons au lieu d’un? Si la mesure de la masse des particules se révélaient légèrement différente? La bulle de l’Univers alternatif apparaîtrait-elle alors beaucoup plus tôt. Mais où? A combien d’années lumière de la Terre?

La révélation de Joseph Likken laisse donc planer une certaine inquiétude. L’importance des mesures effectuées au Cern en sort renforcée. Et le suspense sur la fin de Fringe, que seuls les Américains (et les pirates du web) connaissent, aussi. Autant nous habituer tout de suite à un Univers alternatif. Au cas où…

M.A. – Images extraites de la série Fringe. (http://www.slate.fr/)

Les Univers Jumeaux: A-t-on perdu la moitié de l’univers?

Pourquoi des univers jumeaux?

La théorie des univers jumeaux est une solution au problème de la « matière sombre » : La masse de l’univers semble être plus importante que celle de la seule matière visible (celle des étoiles et des nuages de poussière interstellaire).

Elle donne également une solution à la question : pourquoi les galaxies ne tournent-elles pas rond ? Oui, pourquoi les vitesses mesurées de révolution des étoiles autour du noyau de leur galaxie sont-elles aberrantes ?

L’explication « classique » de ces phénomènes est que les galaxies sont environnées d’un nuage de matière « exotique », invisible, mais dont les effets gravitationnels se font sentir.

De quoi serait faite cette « matière sombre » ? Là, mystère. On parle de particules exotiques, de super cordes, de monopoles magnétiques… Rien de tout ça ne tient vraiment la route.

Matière Sombre contre matière-Ombre

Au contraire, la théorie de JPP est cohérente, géométriquement simple, et ne fait pas appel à une physique inconnue. En voici le principe :

il n’existerait pas un univers, mais deux : Nous vivons dans l’un de ces univers, et l’autre, l’univers jumeau, occupe le même espace tridimensionnel mais nous est invisible.

On verra plus loin pourquoi. JPP désigne la matière contenue dans l’univers jumeau sous le nom de matière-ombre.

Les deux univers sont fort semblables : Dans l’univers jumeau, il existe également de la matière et de l’antimatière (dans l’antimatière-ombre, pour être précis). Les lois physiques qui régissent cet univers jumeau sont les mêmes que celles de notre univers. (Mais il se pourrait que les constantes physiques y soient différentes, en particulier la vitesse de la lumière (mais si, c’est possible et ça ne contredit pas la relativité !)).

Par exemple la gravitation dans l’univers jumeau est attractive, comme chez nous : deux particules (ou antiparticules) de matière-ombre s’attirent mutuellement.

Là ou les choses deviennent intéressantes, c’est que matière ordinaire et matière-ombre interagissent UNIQUEMENT par la gravitation : Les forces électromagnétiques entre particules de matière-ombre n’ont aucune influence sur la matière ordinaire.

Pour cette raison les photons-ombre émis par la matière-ombre nous sont invisibles : on ne peut détecter cette matière-ombre QUE par ses effets gravitationnels.

Il est donc logique qu’il soit difficile, pour ne pas dire impossible, de mettre en évidence la matière-ombre dans une expérience de laboratoire sur terre : la matière-ombre « fuit » la matière ordinaire et en fait il ne doit pas en exister des masses à l’intérieur des galaxies : la matière-ombre se trouve en fait dans l’espace intergalactique, pour des raisons « historiques ».

L’environnement des galaxies

En fait il faut imaginer que l’espace entre les galaxies est rempli de matière-ombre, mais que cette distribution contient d’immenses bulles vides à l’emplacement, précisément, des galaxies de notre univers :

Or il se trouve que les effets gravitationnels de ces « lacunes » de matière-ombre sont, du fait de la constante de couplage répulsive entre matière ordinaire et matière ombre, identiques aux effets qu’aurait un nuage plus ou moins sphérique de « matière sombre » (hypothétique) qui se trouverait dans la galaxie.

On explique ainsi les vitesses anormales (observées) de révolution des étoiles autour du noyau de la galaxie, sans faire appel à une « matière sombre » exotique située dans notre univers, et dont on se demande bien de quelle particules non encore découverte elles pourrait bien être faite.

Au contraire, la matière-ombre, située dans l’univers jumeau, possède les mêmes caractéristiques physiques que la matière ordinaire : elle est vraisemblablement formée également d’atomes, de molécules, etc. Seulement pour des raisons géométriques, les objets matériels situés dans deux univers différents se repoussent entre eux, un point c’est tout.

Un seul cosmos replié ?

En réalité il pourrait bien s’agir du même cosmos, mais « replié » sur lui même, un « revêtement à deux feuillets » d’une surface quadridimensionnelle.

Pour donner une image, l’univers serait semblable (en quatre dimensions) à une sorte de ruban de moebius replié sur lui-même :

Évidemment, ici le ruban ne possède que deux dimensions…

Dans l’univers jumeau, la « flèche du temps » serait inversée.

La matière-ombre serait ainsi de la matière ordinaire, passée à travers une « symétrie-T » (T pour temps), alors que l’anti-matière (ordinaire) possède une symétrie « PC » (parité et charge).

Notons que le principe de « l’invariance PCT » reste valide… On en reparlera dans mes pages consacrées à la physique .

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